PE树状管网excel水力计算方法

王雪梅，韩红亮

(杨凌职业技术学院水利工程分院，陕西 杨凌 712100)

树状管网水力计算在《乡镇供排水》课程中占非常重要的地位,是全课程知识点、技能点的重中之重,但是由于目前教材中呈现的计算案例均以铸铁管为例,只需要查阅铸铁管水力计算附表即可得到相应的管径D、流速v及水力坡度i的计算结果,与现行的行业标准管材为塑料管极不相符。因此,必须给学生展示新的计算方法,以适应未来岗位需求。

目前,行业上常用的水力计算软件仍为excel。而由于学生计算机基础薄弱,对excel使用不熟练。故本文给出利用excel软件完成PE管材树状管网水力计算的1个案例。整个计算依据现行规范[2]。

1 计算案例

1.1 基本资料[1]

某镇给水管网布置及管段长度如图1所示。管网最高日最高时用水量Qh=97.15L/s,各节点流量均标注在图1上。各点要求的最小服务水头H=20m。各节点地面高程如表1所列。节点5为控制点。

图1 树状管网水力计算节点图

节点0123 地形标高/m32.032.532.131.4 节点4567 地形标高/m32.734.233.1531.8 节点891011 地形标高/m32.132.032.332.0 节点12地形标高/m32.3

1.2 求解过程

树状管网水力计算步骤如下:

① 确定管段流量Q;② 确定管段管径D;③ 计算管段流速v;④ 计算管段水力坡度i;⑤ 计算管段沿程水头损失hf;⑥ 计算管段局部水头损失hj;⑦ 计算管段总水头损失hz;⑧ 计算节点水压标高;⑨ 计算节点自由水压。在计算过程中,步骤② 要进行反复调试直到确定的管径D,计算的流速v,水力坡度i,水头损失hz及自由水压满足规范或基本资料要求,本管段水力计算才结束。

1.3 管段水力计算

(1)管段设计流量的计算。某管段的设计流量=该管段后节点连接的所有节点流量之和。

Q1-2=q2+q12+q10+q3+q4+q5+q6+q9+q7+q8,计算结果如图1。

(2)步骤②-⑨ 的计算过程。以管段5-4(Q=6.95L/s,L=300m)为例进行演示。具体计算方法如图2所示。说明如下:

图2 管网水力计算的试算

第1步—假定经济流速v。初步假定经济流速为0.9m/s。经济流速范围:管径=100-350mm,平均经济流速为0.6-0.9m/s,管径≥400mm,平均经济流速为0.9-1.4m/s;为了防止淤积,最小流速vmin=0.6m/s,为了防止管网出现水锤现象,vmax=2.5-3.0m/s[2]。

第2步—试算管径D。excel公式编辑:单元格E3=1.13*(C3/1000/D3)＾0.5*1000,根据假定流速计算结果D=99.30mm。

第3步—确定管径规格D。文[3]确定管径规格,经查阅发现与试算结果D=99.30mm相接近的管材规格有D=90mm和D=110mm两个规格,同时根据文[2]规定干管最小管径必须大于100mm,支管管径大于75mm～100mm,所以初步确定管径为D=110mm,e=6.3mm(由于节点要求最小自由水压为20m,故选取PE63级管材)[3]。

第4步—反算流速v。excel公式编辑:单元格H3=F3-2*G3,计算结果为H3=97.4mm。单元格I3=(4*C3/1000)/(3.14*(H3/1000)＾2),计算结果为v=0.93m/s,这与经济流速几乎相符合。

通过计算发现,计算流速基本满足要求,但总水头损失较大,因此可考虑增大管径D=125mm,d=7.1mm,然后返回到第3步重新计算,计算结果如图2所示。⑤ 分析比较两组结果,扩大管径一个规格后,水头损失和流速均下降了,是比较合理的计算结果,故初步选定管径D=125m,v=0.72m,hz=1.42m。

第6步—确定节点压力。由于节点5为控制点,故控制点5点的自由水压是已知数20m,又因为节点的地面高程已知,故5点水压标高,excel公式编辑:单元格O3=Q3+P3,计算结果为54.20m。这时对于5-4管段相当于5点节点水压标高已知倒推4点节点水压标高,故有excel公式编辑:单元格O4=O3+M3,计算结果为55.62m,4点的自由水压即为,excel公式编辑:单元格Q4=O4-P4,计算结果为22.92m>20m,故最后证明D=125mm计算合适,即5-4管段水力计算采用第2种情况。管网水力计算结果如表2所列。

表2干管管网水力度算

2 结束语

采用PE塑料管管材进行树状管网水力计算,有利于培养学生重视、依据规范的专业素养;利用excel软件进行树状管网水力计算,可提高学生的专业技能,与真实工作环境相吻合,有效实现了零距离上岗;管网水力计算不能只考虑单独管段计结果是否满足要求,应统筹全局,计算结果使得每1个节点每1个管段满足要求才可。